2014-2015过程控制系统课程设计题目和要求自动化

1、本次课程设计采用MATLAB仿真完成；设计题目分为二个部分。答疑时间：19周周二（1月13日）下午2：00-4：30；地点：工学二号馆501； 有问题可以发邮件或者打电话。课程设计报告：按照设计题目的要求完成报告；答辩须知：申请评优（五分制成绩：优秀）的同学参加答辩。答辩时间：19周周五（1月16日）下午1：30-4：30，地点：工学二号馆501； 答辩要求：（1）演示仿真程序； （2）提交课程设计报告。 第一部分：要求：按照长学号（如）的末位数选做下列题目。采用MATLAB仿真；所有仿真，都需要做出以下结果：（1） 超调量（2） 峰值时间（3） 过渡过程时间（4） 余差（5） 第一个波峰值（

2、6） 第二个波峰值（7） 衰减比（8） 衰减率（9） 振荡频率（10） 全部P、I、D的参数（11） PID的模型（12） 设计思路0、 精馏塔塔内温度的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化。试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。 时间/min00.20.40.60.81.01.2被控量200.1201.1204.0227.0251.0280.0302.5时间/min1.41.61.82.02.22.4被控量318.0329.5336.0339.0340.5341.0具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统

3、（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。1、锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化。试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。时间/min0510152025被控量0.6500.6510.6520.6680.7350.817时间/min303540455055被控量0.8810.9791.0751.1511.2131.239时间/min606570758085被控量1.2621.3111.3291.3381.3501.351具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学

4、模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。2、加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下： t/min024681012270.0270.0267.0264.7262.7261.0259.5t/min14161820222426258.4257.8257.0256.5256.0255.7255.4t/min28303234363840255.2255.1255.0255.0255.0255.0255.0试根

5、据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。3、锅炉进水流量的矩形脉冲响应实验结果为：t/ min01020406080100120140160180y000.20.61.21.61.82.01.91.71.6t/ min200220240260280300320340360380400y10.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15其中，矩

6、形脉冲幅值为阶跃响应稳态值的10%，脉冲宽度。试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。4、某液位对象，在阶跃扰动量时，其阶跃响应的实验数据如下：t/s01020406080100140h/m000.20.82.03.65.48.8t/s180250300400500600700800h/m11.814.416.518.419.219.619.820试根据

7、实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。5、某液位系统，在阶跃扰动量时，其阶跃响应的实验数据如下：t/s01020406080100140180250300350h/m000.525913.52229.5363939.5试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计

8、符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。6、精馏塔塔内压力的单位阶跃响应曲线实验数据如下：t/s0153045607590105120135y00.020.0450.0650.0900.1350.1750.2330.2850.330t/s150165180195210225240255270285y0.3790.430.4850.5400.5950.6500.7100.7800.8300.855t/s300315330345360375y0.9510.9800.9980.9991.0001.0

9、00试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。7、某液位系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下：t/s0102030405060708090100y00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结

10、果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。8、加热器出口温度在阶跃扰动DC作用下，其输出响应数据如下：t/s012345678y4.04.04.24.54.85.15.45.75.8t/s91011y5.855.96.06.0试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真

11、，整定运行参数。9、某温度过程在阶跃扰动作用下，其温度变化的数据如下：t/s010203040506070809010015020000.160.651.151.61.81.91.951.981.992.02.02.0试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；（4） 对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。第二部分：要求：按照长学号（如）的末位数选做下列题目。采用MATLAB仿真；所有仿真，都需要做出以

12、下结果：（1） 超调量（2） 峰值时间（3） 过渡过程时间（4） 余差（5） 第一个波峰值（6） 第二个波峰值（7） 衰减比（8） 衰减率（9） 振荡频率（10） 全部P、I、D的参数（11） PID的模型（12） 设计思路0、合成塔的实际数学模型为，辨识出的数学模型为，试设计大时延控制系统，具体要求如下：（1） 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、Smith预估、增益自适应预估；给出相应的闭环控制系统原理图；（2） 在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能；（3） 选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定。1、混合

13、器主、副对象的传递函数分别为：， 主、副测量变送环节的传递函数分别为：， 试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）；（3） 说明不同控制方案对系统的影响。2、再热器主、副对象的传递函数分别为：， 主、副扰动通道的传递函数分别为：， 试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；（2） 进行仿真实验，

14、分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）；（3） 说明不同控制方案对系统的影响。3、石英炉是融化水晶粉制造石英玻璃的主要设备。由于石英玻璃熔点高达1800-2000，制造工艺复杂，因此需要一个性能较高的温度控制系统来保证工艺的重复性，提高产品的质量。已知石英炉的传递函数为： 检测变送器的传递函数为： 试设计石英炉温度控制系统，具体要求如下：（1） 根据已知条件确定广义对象的传递函数；（2） 根据对象特征选取两种可行的控制方案，给出相应的闭环系统原理图；（3） 在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能；（4） 选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀

15、的选择、控制器参数整定。4、冷凝器的控制通道特性为，扰动通道特性为。试设计前馈-反馈控制系统，具体要求如下：（1） 仿真分析不同形式前馈控制器对系统性能的影响；（2） 仿真分析不同结构形式的前馈-反馈控制系统对系统性能的影响；（3） 选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；（4） 进行仿真实验，给出系统的跟踪性能和抗干扰性能；5、热交换器主、副对象的传递函数分别为：， 主、副测量变送环节的传递函数分别为：， 试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相

16、应的闭环系统原理图；（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）；（3） 说明不同控制方案对系统的影响。6、蒸馏器的实际数学模型为，辨识出的数学模型为，试设计大时延控制系统，具体要求如下：（1） 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、Smith预估、增益自适应预估；给出相应的闭环控制系统原理图；（2） 在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能；（3） 选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定。7、换热器主、副对象的传递函数分别为：， 主、副测量变送环节的传递函数分别为：， 试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）；（3） 说明不同控制方案对系统的影响。8、减温器主、副对象的传递函数分别为：， 主、副测量变送环节的传递函数分别为：， 试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：（4） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整